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Nature子刊惊人发现:甲基化控制DNA直接互作

来源/作者:alax   发表时间:2016-04-12 12:52:53  
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  人们普遍认为DNA的功能很大程度取决于它与蛋白质的互作。然而Nature Communications杂志发表的一项新研究表明,DNA分子其实能够直接相互作用。这种互作仅依赖于DNA序列和表观遗传学修饰,既不涉及链交换也没有DNA结合蛋白介导。

 

人们普遍认为DNA的功能很大程度取决于它与蛋白质的互作。然而Nature Communications杂志发表的一项新研究表明,DNA分子其实能够直接相互作用。这种互作仅依赖于DNA序列和表观遗传学修饰,既不涉及链交换也没有DNA结合蛋白介导。

“DNA分子在水中倾向于相互排斥,但在特定阳离子存在的情况下它们也能相互吸引,” 韩国蔚山科学技术大学(UNIST)的Hajin Kim教授指出。“我们的研究显示,这种吸引取决于核酸序列和表观遗传学修饰。”

表观遗传学修饰可以在不改变DNA序列的情况下调控基因的活性,对于人类发育、人类疾病和环境影响有深远的意义。DNA甲基化是最常见的一种表观遗传学修饰,广泛参与了细胞对基因表达的控制,在细胞生长、细胞分化、细胞增殖和疾病状态中起到了关键性的作用。

Kim教授及其同事通过原子水平的模拟测定了一对双链DNA螺旋之间的作用力。他们发现,DNA上的甲基分布是这种序列依赖性互作的关键。研究人员随后在实验中证实了自己提出的模型。他们认为,DNA之间的直接互作在染色体结构中起到了核心作用。而染色体的展开和折叠会最终决定细胞功能或者调控细胞周期。

近年来,表观遗传学尤其是DNA甲基化引起了人们极大的研究热情。在芯片和二代测序技术的帮助下,研究者们通过检测基因组的表观遗传学状态,鉴定了大量值得深入研究的甲基化区域。 应该如何进一步研究或验证这些区域呢?对大量样本进行全基因组扫描显然是不现实的,这样做的成本太高。实际上,也没有必要为了部分区域去检测整个基因组DNA,本文介绍的工具就足以完成这样的任务。

目前已知的DNA修饰都是人们偶然发现的。MIT和佛罗里达大学的研究人员最近开发了一个探索未知DNA修饰的系统方法,并将其发表在美国国家科学院院刊PNAS杂志上。他们把生物分析化学、比较基因组学和长读取测序结合起来,在细菌中发现了一种新的DNA修饰。这种修饰可以帮助细菌抵御入侵者,保护自己的基因组。研究人员指出,细菌和病毒中应该还有多种不为人知的DNA修饰,它们有望成为抗生素的新靶标或者是基因工程的新工具。

Genome Medicine杂志发表的一项研究表明,不论癌症是什么类型处于什么阶段,它们都具有一个共同的标志性特征——表观基因组的广泛改变。Johns Hopkins大学的研究团队从乳腺、结肠、肺、胸腺、胰腺肿瘤和健康组织中取得DNA样本。他们DNA上的甲基化模式进行分析,发现不同类型的癌症组织都存在着大范围的甲基化变动。

 

推荐原文:Direct Evidence for Sequence-dependent Attraction between Double-standed DNA Controlled by Methylation

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